Medidas de temperatura obtidas na interface de ligação

A temperatura é o parâmetro mais importante de uma junção no estado sólido, por controlar a cinética dos processos termicamente ativados envolvidos em junções difusas. Nas junções que ocorrem em altas temperaturas, a mobilidade atômica aumenta e auxilia os movimentos de deslocamento dos átomos através da interface de ligação [57].

O termopar fixado na região central do pino cilíndrico de aço inoxidável AISI 304, a uma espessura de parede igual 0,12 mm da interface do pino cilíndrico da liga AA 1050 (Figura 29), registrou a temperatura máxima de 376°C durante o processo de soldagem em tempo real de 32 segundos (Aproximação + t1). O tempo total de soldagem foi de 34 segundos (Aproximação +t1+t2), como pode ser visto na Figura 5.18.

Figura 5.18 – Gráfico Tempo X Temperatura – Liga AA 1050 e Aço inoxidável AISI 304 com tempo total de 34 segundos.

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Neste gráfico obtido (Figura 5.18), foram caracterizadas todas as etapas do processo de soldagem por fricção: a aproximação, a 1º fase, a 2º fase, o término da soldagem, e permitiu analisar as taxas de aquecimento e resfriamento que ocorrem durante todo o processo.

A aproximação compreende o momento em que as interfaces dos diferentes materiais estão se aproximando para iniciar a fricção. O início da 1º fase de soldagem ocorre no momento em que ocorre o contato entre as interfaces dos dois materiais (início da fricção, elevação da temperatura) e termina com a aplicação da pressão P1=2,1 MPa (300 psi), no tempo t1 (32s), quando a máquina de soldagem a fricção é frenada atingindo a rotação igual a zero. Nesse exato momento a temperatura na interface de ligação medida foi 376°C no ponto “A”, e iniciou-se a 2ª fase de soldagem com a aplicação da pressão P2= 1,4 MPa (200 psi) no tempo t2 (2s). O ponto “B” marca o término da aplicação do tempo t2 e o fim da soldagem, momento em que foi registrada a temperatura de 350°C.

Os testes de soldagem realizados para se medir a temperatura do processo com o tempo real estendido para 62 segundos (Aproximação + t1 + t2) utilizando os mesmos parâmetros de soldagem P1, P2 e t2, mostraram que a elevação da temperatura na interface da solda foi se estabilizando até atingir a temperatura de 410°C, ponto “A”, que marca o término da 1ª fase de soldagem, também conhecida como fase de aquecimento. Após aplicação da pressão P2 e do tempo t2, a solda foi finalizada com a temperatura de 392°C, ponto “B”. O resfriamento realizado ao ar à temperatura ambiente (30ºC) apresentou taxas de resfriamento semelhantes ao exemplo anterior (tempo total de 32 segundos).

Na Figura 5.19 são mostradas todas as etapas do processo e temperaturas monitoradas durante a soldagem da liga AA 1050 e o aço inoxidável AISI 304.

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Figura 5.19 – Gráfico Tempo X Temperatura – liga AA 1050 e aço inoxidável AISI 304 com tempo total de 62 segundos.

Outro resultado importante das análises realizadas é à observação da coerência dos dados das temperaturas máximas monitoradas com a temperatura de forjamento à quente da liga AA 1050, compreendida entre 315°C a 430°C [55]. Esse conhecimento permite a pré-definição dos parâmetros de soldagem por fricção para um determinado diâmetro pelos dados fornecidos pelo gráfico, o que possibilita eliminar uma série de fases preliminares na obtenção de parâmetros para a soldagem de materiais dissimilares.

Na Figura 5.20, logo abaixo da linha de interface entre a liga AA 1050 e o aço inoxidável AISI 304, foram medidos e analisados os deslocamentos dos fluxos de calor (DFC), resultados da utilização de diferentes parâmetros de pressão e tempo. A medida realizada da linha de interface até o término da

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diferente coloração no aço inoxidável apresenta valores que variam de 3,5 mm a 9,5 mm.

Figura 5.20 - Corpos de prova soldados de AL 1050 e Aço inoxidável 304 com diferentes medidas de deslocamentos de fluxos térmicos (DFC – Tabela 5.3).

Na Figura 5.21 podem ser observados os DFC dos corpos de prova números 5, 6, 7, e 8. O corpo de prova número 5 apresenta menor valor de DFC (6,5 mm) e menor resistência mecânica da junção (47,45 MPa). Já o corpo de prova número 8 apresenta um maior valor de DFC (9,0 mm) e o maior valor de resistência mecânica da junção (80,08 MPa). Esses dados comparativos são mostrados na Tabela 5.3.

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Figura 5.21 – DFC dos corpos de prova 5, 6, 7, e 8, após soldagem e remoção da rebarba.

Os dados plotados no gráfico, utilizando a equivalência dos pontos com cada coleta de dados, realizado pelo termopar acoplado ao sistema Data Logger, possibilita a verificação das diferentes taxas de aquecimento e resfriamento ocorridas durante a soldagem seguindo os mesmos procedimentos e parâmetros otimizados que apresentaram resistência mecânica superior à da liga AA 1050.

Nas Figuras 5.22 e 5.23 pode ser visto que a maior variação de temperatura ocorre nos primeiros 10 segundos de contato entre as superfícies dos dois materiais (t=10s a t=20s), na 1ª fase de aquecimento, onde se observam grandes taxas de aquecimento tomadas como referência às distâncias entre os pontos. Já as taxas de resfriamento analisadas visualmente pelo distanciamento dos pontos foram normais e não apresentaram grandes variações.

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Esse tipo de resfriamento não interfere nas características da ZTA e nas propriedades mecânicas da junção entre os materiais envolvidos, principalmente pelo fato da liga AA 1050 não ser tratável termicamente e possuir alto grau de pureza (mínimo de 99,50% de Al), fato comprovado pelos resultados das análises e testes realizados neste trabalho. Entretanto, no caso da soldagem do aço inoxidável AISI 304 com ligas tratáveis termicamente (séries 2XXX, 6XXX e 7XXX), o resfriamento lento poderá alterar as características da ZTA, visto a proximidade dos valores de temperatura obtidos na interface de ligação com os valores utilizados para o tratamento térmico de solubilização e envelhecimento dessas ligas. Isto poderá tornar o uso do gráfico uma ferramenta importante no sentido de auxiliar na análise do comportamento estrutural desse tipo de junção sob diferentes condições de resfriamento.

Figura 5.22 – Gráfico Tempo X Temperatura – liga AA 1050 e aço inoxidável AISI 304, com tempo real de 34s, apresentado anteriormente (Figura 5.18), mostrando diferentes taxas de aquecimento e resfriamento pelo espaçamento entre os pontos.

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Figura 5.23 – Gráfico Tempo X Temperatura – liga AA 1050 e aço inoxidável AISI 304, apresentado anteriormente (Figura 5.19) com tempo real 62s, mostrando diferentes taxas de aquecimento e resfriamento pelo espaçamento entre os pontos.

5.1.8 Conexões produzidas pelo processo de soldagem por fricção